花瓣通常是花中zui顯眼的器官，具有吸引傳粉者的功能。但是，在有些被子植物中，花瓣是不存在的，形成了無瓣花。導(dǎo)致花瓣缺失的原因尚不清楚，但在毛茛科被認(rèn)為與一個基因（即APETALA3-3，簡稱AP3-3）的“不表達(dá)”有關(guān)。然而，由于只關(guān)注了少數(shù)幾個物種，前人的研究還存在一些問題，如：花瓣的缺失是否真的與AP3-3的“不表達(dá)”相關(guān)？如果是，導(dǎo)致AP3-3“不表達(dá)”的原因是什么？AP3-3的“不表達(dá)”究竟是不是導(dǎo)致花瓣缺失的原因？

毛茛科9種植物的花部器官（左）、AP3類基因的表達(dá)模式（中）和AP3-3基因的結(jié)構(gòu)比較（右）。中圖中藍(lán)、黃和紅色柱子分別表示AP3-1、AP3-2和AP3-3的表達(dá)量。

針對上述問題，中科院植物研究所孔宏智研究組與其合作者對更多的毛茛科植物開展了研究。研究發(fā)現(xiàn)，在毛茛科中，花瓣的多次丟失是平行進(jìn)化的結(jié)果，且的確與AP3-3基因的“不表達(dá)”密切相關(guān)。研究還發(fā)現(xiàn)，導(dǎo)致AP3-3“不表達(dá)”的原因在不同的分支中是不同的：在大馬士革黑種草（Nigella damascena）的一個無花瓣園藝品種中，一個轉(zhuǎn)座子的插入導(dǎo)致了該基因的*沉默以及花瓣向花萼的同源異型轉(zhuǎn)變；在野生的瓣蕊唐松草（Thalictrum petaloideum）中，該基因已經(jīng)*丟失；在鐵破鑼（Beesia calthifolia）和擬扁果草（Enemion raddeanum）中，發(fā)生在編碼區(qū)和調(diào)控區(qū)的堿基缺失使得該基因不能正常表達(dá)；在鐵線蓮屬（Clematis）中，該基因具有假基因的特征，表達(dá)量極低。這些結(jié)果表明，AP3-3是毛茛科中控制花瓣發(fā)育的關(guān)鍵基因，但在不同的分支中以不同的方式被沉默或者下調(diào)。同時，盡管AP3-3的沉默的確能夠?qū)е禄ò甑娜笔?，但它在野生無花瓣物種中的結(jié)構(gòu)缺陷和表達(dá)量下降并不是導(dǎo)致花瓣缺失的原因，而可能是其結(jié)果。

該研究澄清了花瓣缺失與AP3-3基因表達(dá)之間的關(guān)系，也為闡明花瓣在毛茛科及其他類群中多次丟失的分子機(jī)制問題奠定了基礎(chǔ)。

研究結(jié)果于3月11日在線發(fā)表在PNAS上，博士生張睿、助理研究員國春策、博士生張文根為該文的并列*作者。該研究得到了國家科技部和國家自然科學(xué)基金委項(xiàng)目的資助。